陳龍,陳孝亭
(1.東華工程科技股份有限公司,合肥 230024;2.神華工程技術(shù)有限公司,北京 102200)
西南某煤制乙二醇企業(yè)采用草酸酯法生產(chǎn)乙二醇。草酸酯法生產(chǎn)乙二醇過程中的工藝廢水主要來源于煤氣化、變換、凈化,及DMO生產(chǎn)中酯化和乙二醇精餾工段[1]。從煤制乙二醇項(xiàng)目的具體開展來看,在不同的工藝環(huán)節(jié)會有不同類型的廢水產(chǎn)生,不同環(huán)節(jié)的廢水需要采用不同的處理方式,廢水處理效果才會達(dá)到最佳[2]。煤制乙二醇工藝流程長、工藝復(fù)雜,所產(chǎn)生的廢水呈現(xiàn)出成分較復(fù)雜、有機(jī)物含量較高、可生化性較好等特點(diǎn)。該廢水處理工程設(shè)計采用以A/O-MBBR為主的組合工藝,出水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)(其中ρ(COD)≤80 mg/L)后排放。
本工程的設(shè)計水量為200 m3/h,其中生產(chǎn)廢水170 m3/h,生活污水30 m3/h。生產(chǎn)廢水主要為煤氣化爐廢水預(yù)處理后廢水、變換廢水、凈化廢水、DMO生產(chǎn)中酯化廢水及乙二醇精餾廢水,以生產(chǎn)廢水與生活污水混合后的水質(zhì)作為設(shè)計進(jìn)水水質(zhì),經(jīng)過處理后出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn)(其中ρ(COD)≤80 mg/L)后排放。具體設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。
表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality
目前,國內(nèi)外研究可用于乙二醇廢水的處理方法有電解法、濕式氧化法、臭氧法、反滲透法、化學(xué)氧化法、蒸餾法、生物法等,其中有些處理方法盡管效果好,但處理費(fèi)用高,難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[3]。經(jīng)工程實(shí)例驗(yàn)證,采用生物法處理煤制乙二醇廢水,不僅運(yùn)行效果好,而且處理費(fèi)用低[4]。目前,生物法處理煤制乙二醇廢水的工藝主要有MBR、SBR、氧化溝、A/O、MBBR等。其中,MBR工藝出水好,但能耗高,膜造價高且易污染,運(yùn)行成本高;SBR工藝能應(yīng)對進(jìn)水水質(zhì)水量波動較大的情況,但間歇周期運(yùn)行,自動化要求高;氧化溝工藝運(yùn)行簡單,但溝深淺,表面曝氣設(shè)備充氧效率偏低,且占地面積較大[5]。綜合考慮運(yùn)行簡單、維護(hù)成本低,且能滿足處理要求等因素,選擇A/O為本工程生物處理工藝。同時本工程進(jìn)水COD濃度較高,一級生物處理難以保證達(dá)標(biāo),因此采用二級生物處理,考慮到占地面積小、運(yùn)行管理簡單等因素,二級生物處理選擇MBBR。MBBR是一種將生物膜法與活性污泥法相結(jié)合的高效廢水處理工藝,兼具生物接觸氧化和生物流化床的優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)發(fā)展迅速[6]。
綜上所述,該工程因各工段水質(zhì)、水量各不相同,需先針對性地選擇均質(zhì)調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié),再以A/O-MBBR作為主體工藝進(jìn)行處理。廢水處理工藝如圖1所示。
圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment
各工段的生產(chǎn)廢水經(jīng)帶壓管道輸送至均質(zhì)調(diào)節(jié)池,事故狀態(tài)時,將事故水通過閥門切換至事故池暫時儲存,待來水恢復(fù)正常時,再由泵少量均勻地提升至均質(zhì)調(diào)節(jié)池。生活污水經(jīng)提升泵站送至均質(zhì)調(diào)節(jié)池。生活污水、生產(chǎn)廢水在均質(zhì)調(diào)節(jié)池混合后自流進(jìn)入A池進(jìn)行反硝化反應(yīng),將部分硝酸鹽還原成氮?dú)猓籄池出水進(jìn)入O池,O池內(nèi)設(shè)有鼓風(fēng)曝氣,將進(jìn)水中約87.5%的氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽,并去除大部分有機(jī)污染物,O池中的混合液部分回流至A池,混合液回流比為200%,O池出水自流進(jìn)入二沉池,經(jīng)固液分離后上清液自流進(jìn)入MBBR池;MBBR池內(nèi)設(shè)有填料和鼓風(fēng)曝氣,進(jìn)一步去除廢水中的氨氮和有機(jī)物;MBBR池出水自流進(jìn)入絮凝沉淀池的混合反應(yīng)段,與PAM和PAC混合,經(jīng)過混凝反應(yīng)的廢水進(jìn)入沉淀池,進(jìn)一步去除有機(jī)污染物、色度以及懸浮物;絮凝沉淀池出水進(jìn)入快速過濾器處理,以滿足排放要求。處理后的出水經(jīng)水泵提升外排。
二沉池排出的污泥部分回流至A池,剩余部分排至污泥脫水間的污泥池,與絮凝沉淀池排泥一并經(jīng)污泥泵提升進(jìn)入污泥濃縮脫水機(jī),經(jīng)脫水后泥餅含水率約80%,外運(yùn)處置。
(1)提升泵站。設(shè)計尺寸為7.0 m×4.5 m×7.2 m,最高液位與最低液位差為1.0 m,內(nèi)設(shè)回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵1臺,有效柵寬B=800 mm,柵條間隙b=6 mm,渠深H=5 800 mm。污水提升泵3臺,其中Q=100 m3/h,H=13.5 m,P=3 kW,1臺;Q=30 m3/h,H=13.5 m,P=11 kW,2臺,1用1備。正常運(yùn)行時開啟小流量污水泵,當(dāng)水量大時開啟大流量污水泵。
(2)均質(zhì)調(diào)節(jié)池。設(shè)計尺寸為30.0 m×30.0 m×6.5 m,有效水深為5.5 m,設(shè)計停留時間為24.0 h。池內(nèi)設(shè)立式攪拌機(jī)4臺,P=7.5 kW。
(3)A/O生化池。A池1座分2格,單格設(shè)計尺寸為29.2 m×8.5 m×6.4 m,有效水深為5.5 m,設(shè)計停留時間為13.5 h;池內(nèi)設(shè)立式攪拌機(jī)6臺,P=3 kW。O池1座分2格,單格設(shè)計尺寸為35.0 m×29.2 m×6.4 m,有效水深為5.5 m,設(shè)計停留時間為53.5 h,設(shè)計溶解氧質(zhì)量濃度為2~4 mg/L,污泥最大回流比為100%,混合液回流比為200%;池內(nèi)設(shè)混合液回流泵6臺,4用2備,Q=100 m3/h,H=1.0~1.5 m,P=2.5 kW。池 內(nèi)MLSS質(zhì)量濃度為3 500 mg/L,COD污泥負(fù)荷為0.143 kg[COD]/(kg[MLSS]·d),氨氮污泥負(fù)荷為0.01 kg[氨氮]/(kg[MLSS]·d)。
(4)二沉池。2座,單座設(shè)計尺寸為φ16.0 m×4.0 m,設(shè)計停留時間為4 h,有效水深為2.0 m,表面負(fù)荷為0.5m3/(m2·h)。配套中心傳動刮泥機(jī)2臺,直徑為16.0 m,P=0.75kW;回流污泥泵2臺,1用1備,Q=100m3/h,H=11m,P=7.5kW;剩余污泥泵2臺,1用1備,Q=30m3/h,H=6m,P=2.2kW。
(5)MBBR池。1座2格,單格設(shè)計尺寸為18.0 m×12.5 m×5.7 m,有效水深為5.0 m,設(shè)計停留時間為11h。池內(nèi)設(shè)懸浮填料1 100 m3,COD容積負(fù)荷為1.14 kg[COD]/(m3[填料]·d)。池內(nèi)采用穿孔曝氣,配置穿孔曝氣系統(tǒng)1套和進(jìn)出水?dāng)r截網(wǎng)。
(6)絮凝沉淀池?;旌铣?格,設(shè)計尺寸為1.5 m×1.5 m×4.2 m,有效水深為3.55 m,設(shè)計混合時間為2 min。絮凝池2個系列,三級絮凝,單格設(shè)計尺寸為1.5 m×1.5 m×4.2 m,有效水深為3.5 m,設(shè)計絮凝時間為14 min。沉淀池2個系列,單格設(shè)計尺寸為6.0 m×6.0 m×5.5 m,沉淀時間為2.3 h,斜板區(qū)表面水力負(fù)荷為2.7 m3/(m2·h)?;旌铣貎?nèi)設(shè)立式攪拌機(jī)1臺,P=0.75 kW;一級絮凝立式攪拌機(jī)2臺,P=0.75 kW;二級絮凝立式攪拌機(jī)2臺,P=0.55 kW;三級絮凝立式攪拌機(jī)2臺,P=0.37 kW;污水提升泵3臺,2用1備,Q=100 m3/h,H=30 m,P=37 kW。
(7)快速過濾器。4臺,單臺處理能力為50 m3/h。設(shè)備類型為石英砂過濾器,進(jìn)水ρ(SS)≤100 mg/L,出水ρ(SS)<50 mg/L,壓力損失小于0.04 MPa,過濾精度為0.05~0.10 mm。配套反沖洗水泵3臺,2用1備,Q=40 m3/h,H=15 m,P=4 kW,設(shè)置于沖洗水池,反沖洗氣源來自鼓風(fēng)機(jī)房。
(8)鼓風(fēng)機(jī)房。設(shè)計平面尺寸為24.0 m×10.0 m。主要為A/O生化池、MBBR池好氧微生物供氣,同時作為快速過濾器氣洗的氣源。配置離心鼓風(fēng)機(jī)4臺,3用1備,Q=100 m3/min,P=68.8 kPa,P=185 kW。
本工程調(diào)試時間為春、夏季,隨著氣溫升高,微生物生長迅速,絮體形成較快,污泥量逐漸增大,通過鏡像觀察生物相,發(fā)現(xiàn)各種形狀的菌膠團(tuán)及原生動物——肉足類變形蟲[7],以后逐漸提高負(fù)荷至設(shè)計負(fù)荷,由于氨氮含量較高,在馴化過程中需要尋找最佳運(yùn)行周期以便較好地脫氮[8]。
經(jīng)過2 a多的運(yùn)行,項(xiàng)目實(shí)際處理廢水量基本維持在150~190 m3/h。運(yùn)行期間,根據(jù)水質(zhì)水量變化,控制鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量,好氧池內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度保持在(3.0±0.5)mg/L[9]。MBBR池采用穿孔管曝氣,既保證了曝氣效果,也保證了懸浮填料的流化效果。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,出水狀況良好,COD去除率穩(wěn)定在95%左右。各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB 8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn)(其中ρ(COD)≤80 mg/L)要求,達(dá)標(biāo)排放。2020年5月份的實(shí)際平均進(jìn)出水情況如表2所示。
表2 實(shí)際進(jìn)出水平均水質(zhì)Tab.2 Actual average influent and effluent water quality
工程總投資為4 500萬元。工程直接運(yùn)行費(fèi)用為2.89元/m3,其中電費(fèi)1.76元/m3,藥劑費(fèi)0.88元/m3,人工費(fèi)0.25元/m3,污泥處置費(fèi)不計。
(1)采用均質(zhì)調(diào)節(jié)-A/O-MBBR-絮凝沉淀-快速過濾的工藝處理某煤制乙二醇廢水,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn)(其中ρ(COD)≤80 mg/L)要求。
(2)工程實(shí)踐表明,MBBR工藝用于工業(yè)廢水處理是可行的。本工程調(diào)試初期,MBBR掛膜比較困難,后期采用悶曝等措施,MBBR掛膜效果較好,填料始終保持流化狀態(tài),無流失現(xiàn)象。該工藝的成功應(yīng)用為出水達(dá)標(biāo)排放奠定了重要基礎(chǔ)。
(3)本工程配備PLC控制系統(tǒng),除污泥脫水、加藥需要定期人工操作外,其他環(huán)節(jié)基本不需要人工操作,大大減少了勞動強(qiáng)度,工作人員管理輕松方便。